Phân tích so sánh giữa mã hóa đối xứng và không đối xứng

Trong lĩnh vực mật mã học hiện đại, có hai loại chính: mật mã đối xứng và bất đối xứng. Mật mã đối xứng được coi là đồng nghĩa với mật mã đối xứng, trong khi mật mã bất đối xứng bao gồm hai ứng dụng cơ bản: mã hóa bất đối xứng và chữ ký số.

Phân loại này có thể được cấu trúc theo cách sau:

| Mật mã đối xứng | Mật mã bất đối xứng (o của khóa công khai) | |------------------------|----------------------------------------------| | Mã hóa đối xứng | Mã hóa phi đối xứng | | | Chữ ký số |

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc xem xét các thuật toán mã hóa đối xứng và bất đối xứng.

Sự khác biệt chính giữa mã hóa đối xứng và không đối xứng

Sự phân biệt cơ bản giữa hai phương pháp này nằm ở số lượng khóa được sử dụng. Trong khi mã hóa đối xứng sử dụng một khóa duy nhất, mã hóa bất đối xứng sử dụng hai khóa có liên quan nhưng khác nhau. Sự khác biệt dường như đơn giản này mang lại những hệ quả quan trọng về chức năng và xác định các ứng dụng tương ứng của chúng.

Quản lý khóa

Trong mật mã học, các thuật toán mã hóa sinh ra các khóa dưới dạng chuỗi bit để mã hóa và giải mã thông tin. Cách mà các khóa này được sử dụng tạo ra sự khác biệt giữa các phương pháp đối xứng và bất đối xứng.

Mã hóa đối xứng sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã. Ngược lại, mã hóa bất đối xứng sử dụng một khóa để mã hóa ( được gọi là khóa công khai ) và một khóa khác để giải mã ( khóa riêng ). Trong các hệ thống bất đối xứng, khóa công khai có thể được chia sẻ tự do, trong khi khóa riêng phải được giữ bí mật.

Ví dụ, nếu Ana gửi một tin nhắn cho Carlos bằng cách sử dụng mã hóa đối xứng, cô ấy sẽ phải cung cấp cho anh ta cùng một khóa mà cô ấy đã sử dụng để mã hóa. Điều này có nghĩa là nếu một bên thứ ba chặn cuộc giao tiếp, họ có thể truy cập vào thông tin đã được mã hóa.

Ngược lại, nếu Ana sử dụng phương pháp bất đối xứng, cô ấy sẽ mã hóa thông điệp bằng khóa công khai của Carlos, người có thể giải mã nó bằng khóa riêng của mình. Bằng cách này, mã hóa bất đối xứng cung cấp mức độ bảo mật cao hơn, vì ngay cả khi ai đó chặn các thông điệp và lấy được khóa công khai, họ cũng không thể giải mã thông tin.

Độ dài của các khóa

Một sự khác biệt đáng kể khác giữa hai loại mã hóa liên quan đến độ dài của các khóa, được đo bằng bit và liên quan trực tiếp đến mức độ an toàn của mỗi thuật toán.

Trong các hệ thống đối xứng, các khóa được chọn ngẫu nhiên và độ dài được chấp nhận chung thường dao động từ 128 đến 256 bit, tùy thuộc vào mức độ bảo mật yêu cầu. Trong mã hóa bất đối xứng, phải có một mối quan hệ toán học giữa các khóa công khai và riêng tư, điều này có nghĩa là chúng liên kết với nhau thông qua một công thức toán học cụ thể. Do đó, các khóa bất đối xứng phải dài hơn đáng kể để cung cấp mức độ bảo mật tương đương. Sự khác biệt về độ dài của các khóa là rất đáng chú ý đến nỗi một khóa đối xứng 128 bit và một khóa bất đối xứng 2048 bit cung cấp mức độ bảo vệ tương tự.

Những lợi thế và bất lợi so sánh

Mỗi loại mã hóa đều có những điểm mạnh và điểm yếu riêng. Các thuật toán mã hóa đối xứng nổi bật nhờ tốc độ và hiệu quả tính toán của chúng, nhưng nhược điểm chính của chúng nằm ở việc phân phối khóa. Vì cùng một khóa được sử dụng để mã hóa và giải mã, khóa này phải được chia sẻ với tất cả những người cần truy cập, điều này đi kèm với một số rủi ro cố hữu.

Về phần mình, mã hóa bất đối xứng giải quyết vấn đề phân phối khóa bằng cách sử dụng khóa công khai để mã hóa và khóa riêng để giải mã. Tuy nhiên, các hệ thống bất đối xứng chậm hơn đáng kể so với các hệ thống đối xứng và đòi hỏi khả năng xử lý cao hơn do độ dài của các khóa.

Ứng dụng thực tiễn

Mã hóa đối xứng

Với tốc độ của nó, mã hóa đối xứng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ thông tin trong nhiều hệ thống máy tính hiện đại. Ví dụ, Tiêu chuẩn Mã hóa Nâng cao (AES) được sử dụng bởi nhiều cơ quan chính phủ để mã hóa thông tin bí mật. AES đã thay thế Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu cũ (DES), được phát triển vào những năm 1970 như một tiêu chuẩn mã hóa đối xứng.

Mã hóa không đối xứng

Mã hóa bất đối xứng được áp dụng trong các hệ thống mà nhiều người dùng có thể cần mã hóa và giải mã tin nhắn hoặc gói dữ liệu, đặc biệt là khi tốc độ và công suất xử lý không phải là ưu tiên. Một ví dụ đơn giản là email được mã hóa, nơi có thể sử dụng khóa công khai để mã hóa các tin nhắn và khóa riêng tư để giải mã chúng.

Hệ thống lai

Trong nhiều ứng dụng, việc kết hợp mã hóa đối xứng và không đối xứng là rất phổ biến. Một ví dụ nổi bật của các hệ thống lai này là các giao thức mã hóa Security Sockets Layer (SSL) và Transport Layer Security (TLS), được phát triển để đảm bảo các giao tiếp an toàn trên Internet. Hiện tại, các giao thức SSL được coi là không an toàn và không được khuyến nghị sử dụng, trong khi các giao thức TLS được coi là an toàn và được sử dụng rộng rãi bởi các trình duyệt web hiện đại.

Mã hóa trong bối cảnh tiền điện tử

Nhiều ví tiền điện tử triển khai các phương pháp mã hóa để cung cấp mức độ bảo mật bổ sung cho người dùng cuối. Các thuật toán mã hóa được sử dụng khi người dùng thiết lập mật khẩu cho tệp ví của họ, được sử dụng để truy cập vào phần mềm.

Tuy nhiên, có một quan niệm sai lầm rằng các hệ thống blockchain sử dụng các thuật toán mã hóa bất đối xứng do việc sử dụng cặp khóa công khai và riêng tư trong Bitcoin và các loại tiền điện tử khác. Điều quan trọng là cần làm rõ rằng mã hóa bất đối xứng và chữ ký số là hai ứng dụng khác nhau của mật mã học bất đối xứng ( hoặc mật mã học khóa công khai ).

Thực tế, không phải tất cả các hệ thống chữ ký số đều sử dụng mã hóa, mặc dù chúng sử dụng khóa công khai và khóa riêng. Một tin nhắn có thể được ký số mà không cần mã hóa. RSA là một ví dụ về thuật toán có thể được sử dụng để ký các tin nhắn được mã hóa, nhưng thuật toán chữ ký số được sử dụng trong Bitcoin ( được gọi là ECDSA) không liên quan đến mã hóa.